一种二自由度微定位平台的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种二自由度微定位平台，属于微/纳机电系统领域。本发明所述X方向杠杆Ⅳ通过X方向柔性铰链Ⅲ与X方向杠杆Ⅲ相连，X方向杠杆Ⅲ通过X方向柔性铰链Ⅱ与X方向杠杆Ⅱ相连，X方向杠杆Ⅱ通过X方向柔性铰链Ⅰ与运动平台相连，X方向杠杆Ⅲ还通过X方向柔性铰链Ⅳ与X方向杠杆Ⅰ相连；Y方向杠杆Ⅰ通过Y方向柔性铰链Ⅲ与Y方向杠杆Ⅲ相连，Y方向杠杆Ⅲ通过Y方向柔性铰链Ⅳ与Y方向杠杆Ⅱ相连，Y方向杠杆Ⅱ通过Y方向柔性铰链Ⅰ与运动平台相连，Y方向杠杆Ⅲ还通过Y方向柔性铰链Ⅱ与Y方向杠杆Ⅳ相连。本发明结构紧凑，体积小，有效地减少X方向与Y方向运动时的耦合。
【专利说明】
一种二自由度微定位平台
技术领域
[0001]本发明涉及一种二自由度微定位平台，属于微/纳机电系统领域。
【背景技术】
[0002]微定位平台技术在精密制造、超精测量、微操作等诸多领域有着广泛的应用。目前，随着上述领域的不断发展，对定位精度的要求也越来越高，同时，对行程的要求也由原先的几十微米发展到了一百微米及以上的程度。而传统的大行程微定位平台普遍存在着体积过大、平台不易加工的缺点。对于具有二自由度的平台，一般存在输入输出耦合问题，影响定位精度，设计平台时需要考虑到解耦的问题。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种二自由度微定位平台，以用于解决传统设备体积大的问题，同时减少X方向与Y方向运动时的耦合。
[0004]本发明的技术方案是:一种二自由度微定位平台，包括运动平台1、基座2、弧形导向机构13、弧形导向机构Π 4、弧形导向机构ΙΠ 5、弧形导向机构IV 6、固定螺栓孔17、固定螺栓孔Π 8、固定螺栓孔ΙΠ 9、固定螺栓孔IV1、杠杆固定螺栓孔111、杠杆固定螺栓孔Π 12、Y方向杠杆113、X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14、Y方向柔性铰链115、Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16、Y方向柔性铰链Π 17、Y方向柔性铰链m 18、X方向柔性铰链119、X方向柔性铰链Π 20、X方向柔性铰链m21、X方向杠杆122、Y方向杠杆Π 23、Y方向杠杆ΙΠ24、Y方向杠杆IV25、X方向杠杆Π 26、X方向杠杆ΙΠ 27、X方向杠杆IV28、Y方向柔性铰链IV29、X方向柔性铰链 IV30;
所述运动平台I通过弧形导向机构13、弧形导向机构Π 4、弧形导向机构In5、弧形导向机构IV6与基座2相连；固定螺栓孔17、固定螺栓孔Π 8、固定螺栓孔ΙΠ9、固定螺栓孔IV10分别位于基座2的四个角上，起固定基座2的作用;X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14、Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16位于基座2上，Y方向压电陶瓷驱动器放于Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16内并通过预紧螺母使压电陶瓷一端紧靠在Y方向杠杆113上，X方向的压电陶瓷驱动器放于X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14内并通过预紧螺母使压电陶瓷一端紧靠在X方向杠杆IV28上；
所述X方向杠杆IV28通过X方向柔性铰链m 21与X方向杠杆m 27相连，同时，X方向杠杆ΙΠ27通过X方向柔性铰链Π 20与X方向杠杆Π 26相连，X方向杠杆Π 26通过X方向柔性铰链I19与运动平台I相连，X方向杠杆ΙΠ27还通过X方向柔性铰链IV30与X方向杠杆122相连，杠杆固定螺栓孔Π 12在X方向杠杆122上起固定X方向杠杆122的作用；
所述Y方向杠杆113通过Y方向柔性铰链m 18与Y方向杠杆m 24相连，同时，Y方向杠杆m24通过Y方向柔性铰链IV29与Y方向杠杆Π 23相连，Y方向杠杆Π 23通过Y方向柔性铰链115与运动平台I相连，Y方向杠杆ΙΠ24还通过Y方向柔性铰链Π 17与Y方向杠杆IV25相连，杠杆固定螺栓孔111在Y方向杠杆IV25上起固定Y方向杠杆IV25的作用。
[0005]所述Y方向柔性铰链115、Y方向柔性铰链Π 17、Y方向柔性铰链ΙΠ18、X方向柔性铰链119、X方向柔性铰链Π 20、X方向柔性铰链m 21、Y方向柔性铰链IV29、X方向柔性铰链IV30均为圆弧状柔性铰链。
[0006]所述X方向杠杆122、X方向杠杆Π 26、X方向杠杆ΙΠ27、X方向杠杆IV28构成X方向复合杠杆机构，Y*向杠杆113、Y方向杠杆Π 23、Y方向杠杆m24、Y方向杠杆IV25构成Y方向复合杠杆机构；
本发明的工作原理是:
当运动平台发生X方向的移动时，X方向的压电陶瓷驱动器在X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14内发生逆压电效应持续伸长，靠紧X方向复合杠杆机构的一端推着X方向杠杆IV28向X方向运动。同时，X方向杠杆IV28又将力传递给X方向柔性铰链ΙΠ 21，X方向柔性铰链ΙΠ21的变形使得力传递给X方向杠杆m 27，X方向杠杆m 27由杠杆原理将力转递给了 X方向柔性铰链Π 20，最后X方向柔性铰链Π 20又将力通过X方向杠杆Π 26传递给了X方向柔性铰链I19，同时，X方向柔性铰链119将力输出给了运动平台I，使运动平台I产生了X向的位移，实现了整一个运动过程，此时，弧形导向机构13、弧形导向机构Π4发生挤压变形，弧形导向机构ΙΠ5、弧形导向机构IV6发生拉伸变形。当运动平台发生Y方向的移动时，Y方向的压电陶瓷驱动器在Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16内发生逆压电效应持续伸长，靠紧Y方向复合放大杠杆机构的一端推着Y方向杠杆113向Y方向运动。同时，Y方向杠杆113又将力传递给Y方向柔性铰链mi8，Y方向柔性铰链ΙΠ18发生变形从而将力传递给了 Y方向杠杆ΙΠ24，Υ方向杠杆ΙΠ24由杠杆原理将力传递给了 Y方向柔性铰链IV29，最后Y方向柔性铰链IV29将力通过Y方向杠杆Π23传递给Y方向柔性铰链115，并作用于运动平台I，使其产生了Y方向的运动。此时，弧形导向机构13、弧形导向机构IV6产生挤压变形，弧形导向机构Π 4、弧形导向机构ΙΠ 5产生拉伸变形。弧形导向机构13、弧形导向机构Π 4、弧形导向机构ΙΠ5、弧形导向机构IV6的存在使得平台在沿运动方向上有很好的刚性，在垂直于运动方向上又有很好的柔性，从而大大减少了 X与Y方向的运动耦合。
[0007]针对图3，以Y方向复合杠杆机构作为说明，固定端为图1中Y方向杠杆IV25与Y方向柔性铰链Π 17组成，Fl为压电陶瓷驱动器的输出力，作用的位置为图1中的Y方向柔性铰链m 18，F2为复合杠杆机构的输出力，输出的位置由图1中Y方向柔性铰链115、Y方向柔性铰链IV29与Y方向杠杆Π23共同组成(X方向同理)。
[0008]本发明的有益效果是:由于使用了特殊结构的复合杠杆机构(即对称式放大杠杆机构)，使得平台输出的力稳定均匀，微定位平台的结构紧凑，体积小，同时能实现较大的行程与较高的定位精度。弧形导向机构的使用，有效减少X方向与Y方向运动时的耦合。压电陶瓷驱动器和圆弧状柔性铰链的使用，保证了平台运动传递的无间隙、无摩擦、高精度和快速响应，同时使的平台无需润滑，大大提高了平台的工作寿命，降低了操作难度。
【附图说明】
[0009]图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明的三维结构示意图；
图3是本发明复合杠杆机构的原理图；
图中各标号为:I_运动平台，2-基座，34弧形导向机构1、4-弧形导向机构Π、5_弧形导向机构In、6-弧形导向机构IV、7-固定螺栓孔1、8-固定螺栓孔Π、9-固定螺栓孔ΙΠ、10-固定螺栓孔IV、11 -杠杆固定螺栓孔1、12-杠杆固定螺栓孔Π、13-Y方向杠杆1、14-X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽、15-Y方向柔性铰链1、16-Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽、17-Y方向柔性铰链π、18-Υ方向柔性铰链m、19-X方向柔性铰链1、20-X方向柔性铰链Π、21-X方向柔性铰链m、22-X方向杠杆1、23-Y方向杠杆Π、24-Y方向杠杆ΙΠ、25-Y方向杠杆IV、26-X方向杠杆Π、27-X方向杠杆ΙΠ、28-X方向杠杆IV、29-Y方向柔性铰链IV、30-X方向柔性铰链IV ；Fl为压电陶瓷驱动器输入的力，F2为输出的力。
【具体实施方式】
[0010]实施例1:如图1-3所示，一种二自由度微定位平台，包括运动平台1、基座2、弧形导向机构13、弧形导向机构Π 4、弧形导向机构ΙΠ 5、弧形导向机构IV 6、固定螺栓孔17、固定螺栓孔Π 8、固定螺栓孔ΙΠ 9、固定螺栓孔IV1、杠杆固定螺栓孔111、杠杆固定螺栓孔Π 12、Y方向杠杆113、X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14、Y方向柔性铰链115、Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16、Y方向柔性铰链Π 17、Y方向柔性铰链m 18、X方向柔性铰链119、X方向柔性铰链Π 20、X方向柔性铰链m21、X方向杠杆122、Y方向杠杆Π 23、Y方向杠杆ΙΠ24、Y方向杠杆IV25、X方向杠杆Π 26、X方向杠杆ΙΠ 27、X方向杠杆IV28、Y方向柔性铰链IV29、X方向柔性铰链 IV30;
所述运动平台I通过弧形导向机构13、弧形导向机构Π 4、弧形导向机构In5、弧形导向机构IV6与基座2相连；固定螺栓孔17、固定螺栓孔Π 8、固定螺栓孔ΙΠ9、固定螺栓孔IV10分别位于基座2的四个角上，起固定基座2的作用;X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14、Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16位于基座2上，Y方向压电陶瓷驱动器放于Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16内并通过预紧螺母使压电陶瓷一端紧靠在Y方向杠杆113上，X方向的压电陶瓷驱动器放于X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14内并通过预紧螺母使压电陶瓷一端紧靠在X方向杠杆IV28上；
所述X方向杠杆IV28通过X方向柔性铰链m 21与X方向杠杆m 27相连，同时，X方向杠杆ΙΠ27通过X方向柔性铰链Π 20与X方向杠杆Π 26相连，X方向杠杆Π 26通过X方向柔性铰链I19与运动平台I相连，X方向杠杆ΙΠ27还通过X方向柔性铰链IV30与X方向杠杆122相连，杠杆固定螺栓孔Π 12在X方向杠杆122上起固定X方向杠杆122的作用；
所述Y方向杠杆113通过Y方向柔性铰链m 18与Y方向杠杆m 24相连，同时，Y方向杠杆m24通过Y方向柔性铰链IV29与Y方向杠杆Π 23相连，Y方向杠杆Π 23通过Y方向柔性铰链115与运动平台I相连，Y方向杠杆ΙΠ24还通过Y方向柔性铰链Π 17与Y方向杠杆IV25相连，杠杆固定螺栓孔111在Y方向杠杆IV25上起固定Y方向杠杆IV25的作用。
[0011]所述Y方向柔性铰链115、Y方向柔性铰链Π 17、Y方向柔性铰链ΙΠ18、X方向柔性铰链119、X方向柔性铰链Π 20、X方向柔性铰链m 21、Y方向柔性铰链IV29、X方向柔性铰链IV30均为圆弧状柔性铰链。
[0012]实施例2:如图1-3所示，一种二自由度微定位平台，包括运动平台1、基座2、弧形导向机构13、弧形导向机构Π 4、弧形导向机构ΙΠ 5、弧形导向机构IV 6、固定螺栓孔17、固定螺栓孔Π 8、固定螺栓孔ΙΠ 9、固定螺栓孔IV1、杠杆固定螺栓孔111、杠杆固定螺栓孔Π 12、Y方向杠杆113、X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14、Y方向柔性铰链115、Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16、Y方向柔性铰链Π 17、Y方向柔性铰链m 18、X方向柔性铰链119、X方向柔性铰链Π 20、X方向柔性铰链m21、X方向杠杆122、Y方向杠杆Π 23、Y方向杠杆ΙΠ24、Y方向杠杆IV25、X方向杠杆Π 26、X方向杠杆ΙΠ 27、X方向杠杆IV28、Y方向柔性铰链IV29、X方向柔性铰链 IV30;
所述运动平台I通过弧形导向机构13、弧形导向机构Π 4、弧形导向机构In5、弧形导向机构IV6与基座2相连；固定螺栓孔17、固定螺栓孔Π 8、固定螺栓孔ΙΠ9、固定螺栓孔IV10分别位于基座2的四个角上，起固定基座2的作用;X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14、Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16位于基座2上，Y方向压电陶瓷驱动器放于Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽16内并通过预紧螺母使压电陶瓷一端紧靠在Y方向杠杆113上，X方向的压电陶瓷驱动器放于X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽14内并通过预紧螺母使压电陶瓷一端紧靠在X方向杠杆IV28上；
所述X方向杠杆IV28通过X方向柔性铰链m 21与X方向杠杆m 27相连，同时，X方向杠杆ΙΠ27通过X方向柔性铰链Π 20与X方向杠杆Π 26相连，X方向杠杆Π 26通过X方向柔性铰链I19与运动平台I相连，X方向杠杆ΙΠ27还通过X方向柔性铰链IV30与X方向杠杆122相连，杠杆固定螺栓孔Π 12在X方向杠杆122上起固定X方向杠杆122的作用；
所述Y方向杠杆113通过Y方向柔性铰链m 18与Y方向杠杆m 24相连，同时，Y方向杠杆m24通过Y方向柔性铰链IV29与Y方向杠杆Π 23相连，Y方向杠杆Π 23通过Y方向柔性铰链115与运动平台I相连，Y方向杠杆ΙΠ24还通过Y方向柔性铰链Π 17与Y方向杠杆IV25相连，杠杆固定螺栓孔111在Y方向杠杆IV25上起固定Y方向杠杆IV25的作用。
[0013]上面结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种二自由度微定位平台，其特征在于:包括运动平台(I)、基座(2)、弧形导向机构I(3 )、弧形导向机构Π (4 )、弧形导向机构ΙΠ (5 )、弧形导向机构IV (6 )、固定螺栓孔I (7 )、固定螺栓孔Π (8)、固定螺栓孔ΠΚ9)、固定螺栓孔IV(10)、杠杆固定螺栓孔1(11)、杠杆固定螺栓孔Π(12)、Υ方向杠杆1(13)、乂方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽(14)、￥方向柔性铰链1(15)、Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽(16 )、Y方向柔性铰链Π (17 )、Y方向柔性铰链m (18 )、X方向柔性铰链I (19 )、X方向柔性铰链Π (20 )、X方向柔性铰链m (21)、X方向杠杆I (22 )、Y方向杠杆Π(23)、Υ方向杠杆ΙΠ(24)、Υ方向杠杆IV(25)、X方向杠杆Π (26)、乂方向杠杆111(27)、父方向杠杆IV (28)、Y方向柔性铰链IV (29)、X方向柔性铰链IV (30); 所述运动平台(I)通过弧形导向机构1(3)、弧形导向机构Π (4)、弧形导向机构ΙΠ (5)、弧形导向机构IV(6)与基座(2)相连；固定螺栓孔1(7)、固定螺栓孔Π (8)、固定螺栓孔m(9)、固定螺栓孔IV(1)分别位于基座(2)的四个角上，起固定基座(2)的作用;X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽(14)、Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽(16)位于基座(2)上，Y方向压电陶瓷驱动器放于Y方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽(16)内并通过预紧螺母使压电陶瓷一端紧靠在Y方向杠杆1(13)上，X方向的压电陶瓷驱动器放于X方向压电陶瓷驱动器安放矩形槽(14)内并通过预紧螺母使压电陶瓷一端紧靠在X方向杠杆IV(28)上； 所述X方向杠杆IV(28)通过X方向柔性铰链m(21)与X方向杠杆m(27)相连，同时，X方向杠杆m(27)通过X方向柔性铰链Π (20)与X方向杠杆Π (26)相连，X方向杠杆Π (26)通过X方向柔性铰链I (19 )与运动平台(I)相连，X方向杠杆m (27 )还通过X方向柔性铰链IV (30 )与X方向杠杆I (22)相连，杠杆固定螺栓孔Π (12)在X方向杠杆I (22 )上起固定X方向杠杆1(22)的作用； 所述Y方向杠杆I (13 )通过Y方向柔性铰链m (18)与Y方向杠杆m (24)相连，同时，Y方向杠杆m (24)通过Y方向柔性铰链IV (29)与Y方向杠杆Π (23 )相连，Y方向杠杆Π (23)通过Y方向柔性铰链I (15)与运动平台(I)相连，Y方向杠杆m (24)还通过Y方向柔性铰链Π (17)与Y方向杠杆IV (25 )相连，杠杆固定螺栓孔I(Il)在Y方向杠杆IV (25 )上起固定Y方向杠杆IV(25)的作用。2.根据权利要求1所述的二自由度微定位平台，其特征在于:所述Y方向柔性铰链I(15 )、Y方向柔性铰链Π (17 )、Y方向柔性铰链ΙΠ (18 )、X方向柔性铰链I (19 )、X方向柔性铰链Π (20)、X方向柔性铰链m (21)、Y方向柔性铰链IV(29)、X方向柔性铰链IV(30)均为圆弧状柔性铰链。
【文档编号】G12B5/00GK106057250SQ201610520807
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】杨晓京, 彭芸浩, 袁锐波, 蒋红海, 钱俊兵, 何祖顺
【申请人】昆明理工大学